Карта Вселенной - Приямвада Натараджан Страница 10

Эйнштейн был убежден, что нашел в статичной Вселенной единственно возможное решение своих уравнений поля. Но в 1917 г. нидерландский физик Виллем де Ситтер доказал существование другого решения. Оно описывало пустынную Вселенную, лишенную всякой материи. Де Ситтер предложил новую модель Вселенной, основываясь на космологической теории Эйнштейна, и свой вариант скромно и почтительно именовал «Решением Б» в ответ на «Решение А» Эйнштейна. Геометрия пространства, которая является ключевой характеристикой в теории относительности Эйнштейна, не меняется во времени в Решении А Эйнштейна или новом Решении Б. Однако де Ситтер взял на себя смелость предположить, что содержание материи во Вселенной незначительно в сравнении с силой космологической постоянной Эйнштейна. В его решении из-за отсутствия материи во Вселенной направление ее развития полностью зависит от выдумки Эйнштейна — понятия космологической постоянной. Решение Б де Ситтера подразумевает два ошеломляющих вывода: измерения времени зависят от местоположения наблюдателя во Вселенной и туманности движутся эксцентрично — они стремительно разбегаются друг от друга, приводимые в движение исключительно мощной отталкивающей силой со стороны превалирующей космологической постоянной, и таким образом аннулируют действие гравитации ^{11}.

Де Ситтер с интересом следил за успехами наблюдательной астрономии и знал об опубликованных в 1913 г. результатах наблюдений астронома Весто Мелвина Слайфера за удаляющимися туманностями. Эйнштейн не был в курсе эмпирических достижений в астрономии. В своей работе в 1917 г. де Ситтер отчитался о ряде исследованных туманностей, которые разбегались со скоростью несколько сотен километров в секунду. Эти наблюдения соответствовали прогнозу де Ситтера и, по его утверждениям, поддерживали таким образом Решение Б. Эти доводы не убедили Эйнштейна и других ученых. Они считали модель Вселенной де Ситтера абсурдной, так как она не содержала никакой материи! Даже несмотря на то, что Решение Б забраковали, работа де Ситтера приобрела статус фундаментальной, так как он открыл дорогу для новой, принципиально важной возможности — трактовать время в уравнениях Эйнштейна как переменную величину. Де Ситтер оформил и усовершенствовал концепцию постоянно развивающейся Вселенной. Тем не менее ему требовались решения, которые бы совпадали с реальной Вселенной — такой, которая явно содержит галактики, а не одну пустоту.

После того как де Ситтер проложил дорогу концепции изменяющейся во времени Вселенной, идея быстро проникла в умы, и другие ученые взялись за исследования в этом направлении. Одним из таких исследователей был советский ученый Александр Фридман, в 1922 г. начавший изучать решения уравнений поля, которые описывали Вселенную, содержавшую в себе материю и изменяющуюся с течением времени, то есть динамические модели космоса при наличии материи. Он отказался как от идей Эйнштейна, так и де Ситтера, и обнаружил ряд иных решений, включающих переменные, которые удовлетворяли уравнениям поля. В его модели Вселенная первоначально была крайне плотной, но с течением времени она расширялась и становилась все более разреженной. Эйнштейн ознакомился с работой Фридмана, но без долгих рассуждений отказался принимать ее всерьез, так как он был категорически не согласен с расчетами ученого. Отчасти по причине такого несогласия работа так и не получила широкого распространения среди читателей. Кроме того, Фридман умер всего три года спустя в возрасте 37 лет. В отсутствие сильных сторонников его идея осталась без внимания.

В действительности Эйнштейн был недоволен решениями и де Ситтера, и Фридмана, но причины недовольства слегка отличались. Решение де Ситтера он считал абсурдным, так как оно подразумевало пустую Вселенную, а решение Фридмана противоречило уверенности Эйнштейна в статичности Вселенной. В ответ Эйнштейн опубликовал несколько поспешно написанных (и ошибочных) статей, призванных выявить заблуждения обоих ученых. Но, когда были обнаружены ошибки в его собственных возражениях, он признал право на существование данных решений, хотя они его и не убедили. Таким образом, даже человек, которого многие считают эпохальным ученым, придерживался убеждений, не имеющих под собой рациональной базы, несмотря на то что в своей работе опирался на рациональное восприятие и логику. Вердикт Эйнштейна, согласно которому Вселенная должна была пребывать в статичном состоянии, оставался непоколебимым до тех пор, пока не появились неопровержимые эмпирические доказательства противного.

Теория и наблюдения в астрономии до сей поры шли параллельно, но неожиданно на сцену вышел европейский священник, который заставил их пересечься. Ничем не примечательный молодой бельгийский священник и физик Жорж Леметр установил принципиально важную взаимосвязь между приведенными выше отвлеченными теоретическими решениями и эмпирическими данными, которые наконец убедили принять выводы Хаббла. Во время своей работы в Гарвардской обсерватории в 1924–1925 гг. Леметр осознал масштабные перспективы сведения в единое целое теории и результатов наблюдений. Он присутствовал на ежегодном собрании Американского астрономического общества в Вашингтоне в 1925 г., где услышал о первом крупном открытии Хабблом существования других галактик помимо нашей собственной. Кроме того, Леметр знал об астрономе Слайфере, бывшем фермере из Индианы, и был знаком с его выводами об удаляющихся туманностях. Леметр заметил, что эти два наблюдения при их сопоставлении подразумевают расширение Вселенной. И у него случилось озарение. Постепенно обрастала деталями идея провести эмпирический тест, цель которого — получить веские доказательства, необходимые для подтверждения теоретической гипотезы о расширяющейся Вселенной. После возвращения в Левен (Бельгия) он разработал модель динамичной Вселенной наподобие работы Фридмана, хотя и не имел ни малейшего понятия о его идеях. Дальновидный Леметр, на два шага опережая всех ученых, сразу же принялся сопоставлять возможные последствия результатов Хаббла и потенциальное использование новооткрытых галактик для проверки характеристик Вселенной. Он стремился проверить, находится ли наблюдаемая нами Вселенная в согласии с ОТО. В своей статье от 1927 г. Леметр спрогнозировал, что скорость, с которой туманности от нас удаляются, пропорциональна расстоянию между нами и туманностью, и подытожил: «Скорости удаления внегалактических туманностей представляют собой космический эффект расширения Вселенной» ^{12}. Линейная зависимость, согласно которой скорость удаляющихся туманностей пропорциональна расстоянию до них, стала качественно новым выводом, ранее не упомянутым Фридманом. Теперь появились четкие предпосылки для теоретических решений, которые можно было бы напрямую сопоставить с астрономическими наблюдениями. Леметр не знал о расчетах Фридмана, статья которого канула в Лету. К сожалению, Леметр опубликовал свою эпохальную идею на французском языке в малоизвестном научном журнале «Вестник Научного общества Брюсселя» (Annals of the Scientific Society of Brussels). И хотя в 1928 г. в Кембридже он входил в круг великих умов, таких как Артур Стенли Эддингтон, сам Леметр, гигант мысли британской элиты астрофизиков, не смог привлечь к своей работе большого внимания. Теоретическая концепция динамической Вселенной появилась в научной литературе в 1928 г., но осталась незамеченной и не имела какого-либо влияния.